基于振动分析法的变压器远程健康监测系统关键技术研究

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电力变压器作为输配电环节中实现能量转换的重要设备,具有数量多、分布不集中、安全性要求高等特点。电网人员定期巡检难以及时发现变压器潜在故障,变压器一旦发生事故不仅会造成巨大的经济损失,更会严重影响社会的正常生产生活秩序。因此开展变压器远程健康监测对提升变压器运行安全性、保障电网稳定运行具有重要价值。变压器振动信号能够灵敏反映其机械状态,具有可对变压器早期机械故障进行反应的优点。因此开展基于振动分析法的变压器远程健康监测系统设计与研究具有重要意义。论文首先对变压器振动产生机理以及振动传递特性进行了分析。基于振动分析法原理并结合系统远程、在线、长期监测、数据集中管理与分析的实际需求,将系统设计为现场监控平台与远程健康监测中心两部分,两部分间通过无线网络实现数据交互。在此基础上对系统涉及的光纤光栅传感技术、嵌入式技术、无线数据传输技术、分布式存储技术进行了分析与选择,为系统设计与搭建提供了理论基础。其次针对变压器内部存在强电磁场干扰、传统基于电信号的振动传感器无法对其内部振动进行测量的难题,提出了基于光纤光栅应变传感技术的铁芯振动测量方法。搭建变压器模型对该测量方法进行了测试验证,结果表明该方法能够有效测量铁芯磁致伸缩产生的振动信号并能用于对铁芯故障工况进行判断,实现了对铁芯振动信号的独立测量。然后基于嵌入式技术与无线数据传输技术以模块化思想对现场监控平台软硬件系统进行了设计与实现,包括箱体表面振动信号检测、铁芯振动信号检测、数据存储、无线数据传输等功能。使用所设计现场监控平台对实验室激振器产生的振动信号进行了检测,结果表明能够准确测得振动信号并对振动数据进行存储以及数据传输。最后基于分布式存储技术Kafka、HDFS、HBase、Zookeeper搭建了变压器远程健康监测中心,实现了对现场监控平台发送的振动信号数据的接收、显示、分析、存储与管理。通过所设计的远程在线健康监测系统对一台新生产的SZ11-50000/110型变压器表面振动信号进行了振动监测,结果表明远程健康监测系统工作正常,能够实现对变压器振动信号的远程在线监测。本文设计的基于振动分析法的变压器远程健康监测系统具有安全、可扩展、性能强、数据集中管理等优点,为电力变压器状态监测提供了一种有效的监测方案,具有重要的应用价值与现实意义。
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